基于光前置放大器的量子密钥分发融合经典通信方案*

钟海 叶炜 吴晓东 郭迎2)‡

1) (中南大学计算机学院, 长沙 410083)

2) (中南大学自动化学院, 长沙 410083)

1 引 言

量子密钥分发 (quantum key distribution,QKD)[1—6]使得相隔两地的合法双方Alice 和Bob能够通过一个可能被窃听者Eve 控制的量子信道进行安全的密钥分发.目前QKD 主要分为两个分支, 即离散变量 (discrete variable, DV) QKD[4,7]和连续变量 (continuous variable, CV) QKD[5,6].CVQKD 因具有很高的探测效率且能够与现有的相干光通信系统进行很好的兼容而受到研究者的广泛关注.目前应用最广泛的CVQKD 协议是基于高斯调制相干态 (Gaussian modulated coherent state, GMCS) 的协议[8].该协议的理论无条件安全性已经得到很好的证明[9,10].更为重要的一点是,该协议是基于相干态的, 这就使得它能够在现有的相干光通信系统的框架下来实现量子密钥分发.无论是传输本振光 (transmitted local oscillator, TLO)的情形还是本地本振光 (locally local oscillator,LLO)情形[11,12], 运用现有的相干光学组件和时分、偏振与波分复用技术, 多个实验已经实现了在实验室环境下基于商用单模光纤的CVQKD 系统[13—15].同时, 为了测试CVQKD 系统与现有经典光网络的兼容性, 多个在实际环境中的实地测试实验也取得了很好的进展[16,17].为了进一步使得CVQKD与经典相干光网络能够更好地兼容, CVQKD 与经典通信通过波分复用与空分复用进行共同传输也得到了理论的验证和实验的证明[18—20].这些研究成果为今后CVQKD 在现有相干光网络上的普及奠定了基础.

最近, 一种将CVQKD 与经典通信进一步融合的新方案引起了研究者们的重视, 即量子密钥分发融合经典通信 (simultaneous quantum key distribution and classical communication, SQCC)方案[21—26].该方案在传统CVQKD 对信号进行高斯调制(或者离散调制)的基……